基于PIC32的鐵路隧道監測系統
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數據采集部分為：通過(guò)RA接口驅動(dòng)線(xiàn)陣CCD TCD1501；由于線(xiàn)陣CCD輸出的是模擬信號，需要通過(guò)ADC接口轉換為MCU能夠處理的數字信號，并計算出當前光斑位置；使用I2C接口連接溫度傳感器LM75，獲取當前的溫度數據；使用RTCC接口獲取當前的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷。數據顯示部分：采用PMP接口驅動(dòng)字符型液晶LCD1602，顯示當前的時(shí)間、溫度、光斑位置信息。數據存儲部分：采用SPI接口驅動(dòng)常用的miniSD卡，并使用流行的文件操作系統FatFS，存儲時(shí)間、溫度、光斑位置數據。數據通信部分：采用USART接口，通過(guò)串口通信將數據傳輸到上位機電腦上，并使用圖形化編程軟件LabVIEW進(jìn)行編程。
圖2-4 整個(gè)系統框圖
三 各個(gè)模塊介紹
3.1線(xiàn)陣CCD TCD1501
3.1.1 線(xiàn)陣CCD工作原理
CCD 是一種半導體器件，由一系列相鄰的MOS(金屬-氧化物-半導體) 存儲單組成。在外界光照條件下，能產(chǎn)生電荷，并存儲在 MOS 存儲單元里，產(chǎn)生電荷的多少與入射光的強度和照射時(shí)間成正比。在一定的外加電壓驅動(dòng)下，CCD中存儲的電荷可以一個(gè)接一個(gè)的順序移動(dòng)，通過(guò)輸出放大器在輸出端產(chǎn)生與存儲電荷成正比的輸出電壓。CCD的一個(gè)工作周期分為兩個(gè)階段：光積分階段和電荷轉移階段. 光積分階段實(shí)現光電荷的積累，與此同時(shí)將上一幀移位寄存器中的電荷輸出并清空像元勢阱中的無(wú)效電荷；電荷轉移階段實(shí)現光電荷向移位寄存器的轉移。CCD 的感光陣列與移位寄存器是分開(kāi)的，像元接受外界光源照射產(chǎn)生電荷，通過(guò)轉移柵控制光生信號電荷向移位寄存器轉移，一般信號轉移時(shí)間遠小于光積分時(shí)間。轉移信號控制轉移柵，轉移柵關(guān)閉，感光陣列收集光信號，此時(shí)感光陣列和移位寄存器之間為阻斷態(tài)，不會(huì )發(fā)生電荷轉移現象。
3.1.2 東芝TCD-1501簡(jiǎn)介
TCD-1501是由東芝半導體生產(chǎn)的一款具有5000個(gè)有效像元的線(xiàn)陣CCD，單12V供電，有極高的靈敏度，像元大小為7um×7um，典型的時(shí)鐘脈沖頻率為1MHz，最大可以達到12MHz。實(shí)物圖如圖所示：
圖3-1 TCD1501實(shí)物圖
3.1.3 PIC32驅動(dòng)TCD1501
TCD1501的時(shí)序圖如圖2-2所示，使用Altium Designer構建的原理圖如圖2-3，采用PIC32的RA0到RA5這5個(gè)端口輸出圖2-2的時(shí)序。由于PIC內部ADC轉換的范圍為0到3.3，所以將輸出的結果由兩級比例差分放大電路LM358處理，第一級把CCD_OS與CCD_DOS相減，第二級構成電壓跟隨器，使用電位器R5等比例縮寫(xiě)輸出電壓。
圖3-2 TCD1501時(shí)序圖
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